Redes de Computadores - Parte 7 - Camadas de Rede e Transporte do Modelo OSI

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Fundamentos de Redes 
de Computadores
Camadas de rede e de 
transporte do modelo OSI
Prof. Ricardo J. Pinheiro
Ricardo Pinheiro 2
Resumo
Camada de rede.
Endereçamento.
Roteamento.
Tipos de serviço.
Controle de congestionamento.
Camada de transporte.
Serviços.
Equipamentos de rede.
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Camada de rede
Provê os meios funcionais e procedurais 
para a transmissão de dados (orientados 
à conexão ou não) no nível de transporte.
O percurso entre a origem e o destino pode 
conter nós, sub-redes e vários caminhos.
A camada de rede faz a comunicação entre 
os nós, garantindo que a informação 
chegue.
O que é oferecido pela camada de rede é 
único, mesmo em ligações inter-redes.
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Camada de rede
Funções:
multiplexação;
endereçamento;
roteamento;
tradução, de endereço MAC para endereço de 
rede e vice-versa;
estabelecimento e liberação de conexões de rede;
segmentação do tráfego;
detecção de erros;
sequenciação (comutação de pacotes);
controle de tráfego;
entre outros.
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Endereçamento
Forma pelo qual dois ou mais nós podem ser 
agrupados logicamente.
2 tipos:
hierárquico: O endereço é montado de acordo com 
uma estrutura hierárquica. 
Ex.: protocolo Ipv4 - 192.168.0.1 - Sub-redes e nó.
horizontal: Não há relação entre os endereços de 
rede. 
Ex.: Endereço MAC (IEEE 802) – os três primeiros 
octetos dizem o fabricante do dispositivo. Os 
outros três octetos são a critério do própŕio 
fabricante.
OBS: O endereçamento hierárquico é o mais 
apropriado para roteamentos.
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Roteamento
Forma pelo qual é estabelecido um caminho 
entre dois nós.
Questão que deve ser resolvida a nível de 
estações quanto ao nível de gateways, que 
fazem a ligação entre redes.
A estação origem escolhe o melhor caminho para 
a estação destino (no caso de uma 
comunicação interna), ou o melhor caminho até 
o melhor gateway (no caso de uma ligação 
inter-redes).
O gateway escolhe a melhor rota através de 
outros gateways.
Uso de estrutura de dados com os possíveis 
caminhos e seus custos.
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Tipos de encaminhamento
Encaminhamento por rota fixa
Uma vez criada, a tabela não é mais alterada.
Caminhos alternativos só são usados em caso de 
falhas.
Simples, mas sub-utiliza os enlaces de 
comunicação, a não ser que o tráfego seja 
regular e previsível.
Encaminhamento adaptativo
A rota muda de acordo com a carga na rede.
A tabela guarda os caminhos e o tráfego, e é 
constantemente atualizada.
A opção é sempre pelo caminho mais curto, o que 
tem menos nós intermediários ou o que tem o 
menor retardo de transferência (o mais rápido).
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Encaminhamento adaptativo
A atualização pode-se dar:
Isoladamente: informações locais, apenas.
De forma centralizada: Um nó centraliza as 
informações locais, calcula a tabela e 
repassa-as aos gateways e demais nós.
De forma distribuída: Cada nó envia aos 
outros nós as suas informações locais, e 
cada um calcula a sua nova tabela.
Comprimento do caminho: Pode ser dado 
pelo número de nós intermediários 
(hops), ou pela distância geográfica entre 
os nós.
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Tipos de roteamento
Centralizado 
Há um nó que faz o roteamento da rede toda.
Pode tomar decisões precisas sobre a melhor 
rota.
O cálculo da tabela acaba sendo muito frequente.
Muito tráfego para esse nó.
Falta confiabilidade. 
Podem ocorrer inconsistências de roteamento.
isolado 
As informações locais definem a rota, e somente 
elas.
Vários algoritmos possíveis para esse tipo.
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Tipos de roteamento
Distribuído
Os nós trocam informações para que cada um faça 
a sua atualização na tabela de rotas.
Cada nó deve enviar pacotes de difusão para 
descobrir como estão as rotas.
Hierárquico
Usado quando as tabelas ficam grandes demais. 
Os nós são agrupados em regiões, e cada nó 
guarda rotas das regiões a que pertence.
Hierarquia em dois ou mais níveis.
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Roteamento
Transmissão de pacotes por difusão 
Uma mensagem é enviada por um nó a todos os 
outros nós da rede. 
Também conhecido como broadcast.
Algumas maneiras:
Um nó envia uma mensagem a todos os nós 
destino da rede. Gera um tráfego muito grande.
Um nó recebe uma mensagem, e envia-a por 
todos os enlaces que ele tem, menos o enlace 
por onde recebeu a mensagem.
Cada mensagem guarda uma lista de destinos 
desejados, e os nós intermediários gera 
mensagens para alguns desses destinos, e 
atualiza a lista. Mas o nó de origem precisa 
conhecer todos os nós de destino.
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Tipos de serviço
O serviço pode ser de dois níveis:
de sub-rede (conexões na rede) 
de inter-rede (conexões entre redes distintas).
Tipos:
Com conexão
Circuito virtual 
Semelhante à comutação por circuito.
Controles de fluxo e de erro são mais fáceis de 
serem implementados.
Pré-alocação de recursos garantem um melhor 
controle de congestionamento a nível inter-redes.
Alta confiabilidade.
Muito complexo.
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Tipos de serviço
Tipos:
Sem conexão
Datagrama
Semelhante à comutação por mensagem.
Não há garantias da entrega em sequência dos 
pacotes, e em alguns casos, nem a garantia da 
chegada de um pacote ao destino final.
Simplicidade.
Controles de erro, de sequência e de fluxo ficam para 
as camadas superiores.
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Tipos de serviço
Os serviços oferecidos pela sub-rede e pela 
inter-rede são independentes – qualquer 
combinação é possível.
Em um serviço com conexão, os pacotes podem 
seguir a mesma rota – circuito virtual, que é 
usado normalmente em sub-redes.
Definições de circuito virtual:
Relativa ao serviço: 
Serviço com conexão.
Relativa ao encaminhamento de pacotes: 
Todos seguem o mesmo caminho estabelecido.
No modelo OSI, o nível de rede oferece 
preferencialmente serviços com conexão.
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Tipos de serviço
Controle de congestionamento
Congestionamento numa rede: Degradação do 
desempenho devido ao excesso de pacotes 
numa sub-rede.
Pode chegar à condição de impasse (deadlock).
Deve prever e evitar deadlocks na rede.
Garante que a rede consiga suportar o tráfego 
oferecido.
Controle global, envolvendo todos os recursos da 
rede.
Diferente do controle de fluxo, que se relaciona 
com o tráfego entre um transmissor e um 
receptor, apenas.
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Controle de congestionamento
Alguns algoritmos:
Descarte de pacotes – O pacote é jogado fora 
se não tiver como armazená-lo.
Pré-alocação de buffers – Cada nó reserva 
memória para guardar pacotes.
Controle isorrítmico – Para transmitir o pacote, 
o nó deve ter uma permissão para isso.
Controle de tráfego no enlace – Cada nó tem 
um limite porcentual para transmitir, para 
cada um dos seus meios de transmissão. Se 
esse limite for ultrapassado, o meio de 
transmissão fica temporariamente 
indisponível para o envio.
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Equipamentos de ligação inter-redes
Operam na camada de rede do modelo OSI.
Roteadores
Também chamados de gateways conversores de 
meio.
Recebem o pacote do nível inferior, tratam o 
cabeçalho inter-redes, constroem um novo 
cabeçalho com uma nova rota e enviam ao 
próximo destino.
Gateways
Tradutores de protocolos – usados em circuitos 
virtuais passo-a-passo, traduzindo mensagens 
de uma rede em mensagens de outra rede.
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Camada de transporte
Responsável pela movimentação dos dados de 
maneira eficiente e confiável, entre nós de 
uma rede, independentemente das redes 
físicas envolvidas.
Abstrai as redes físicas envolvidas, tornando 
transparente para os usuários possíveis 
variações da confiabilidade do serviço 
fornecido pela camada de rede.
A camada de rede transfere os dados, e a 
camada de transporte é responsável por 
garantir a segurança dessa transferência.
Para vários serviços, a camada de transporte é 
suficiente.
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Camada de transporte
Oferece ao nível de sessão serviços 
orientados e não-orientadosà conexão.
Algumas das funções a seguir:
Transporte de unidades de dados.
Segmentação e blocagem.
Detecção e correção de erros fim a fim.
Sequenciação.
Controle do fluxo de dados.
Mutiplexação.
Transporte de dados expresso.
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Multiplexação, splitting e serviços
Existe em vários níveis do modelo OSI, incluindo 
a camada de transporte.
Multiplexação de várias conexões de transporte 
na conexão de rede – aproveita melhor a 
conexão.
Splitting: Divisão da conexão de transporte em 
várias conexões de redes.
Serviços ofertados:
Com conexão – circuito virtual.
Sem conexão – datagrama.
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Estabelecimento de conexões
Originalmente uma atribuição simples.
Problema: a rede armazena, perde ou duplica 
pacotes, para garantir a confiabilidade – mas 
pode causar transtornos.
Solução: Tempo de vida (TTL) do pacote – 
passado esse tempo, o pacote é eliminado.
Deve ser guardado a hora de criação 
(timestamp) do pacote, no seu cabeçalho.
Mecanismos para evitar a duplicação, como o 
three-way handshake, ou usando 
temporizadores. 
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Encerramento de conexões
Outra atribuição simples.
Problema: Um dos lados perde dados depois 
que o outro lado encerrou a conexão.
Solução: Só encerra a conexão depois de um 
tempo sem pacotes, mas caso haja perda de 
pacotes no caminho, um dos lados pode 
encerrar a conexão pensando que o outro lado 
também encerrou.
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Qualidade do Serviço (QoS)
Uma série de parâmetros específicos, como:
Retardos no estabelecimento e encerramento da 
conexão.
Chances de falha no estabelecimento e liberação 
da conexão.
Taxa de bits transferidos por segundo.
Retardos de transferência médio e máximo.
Taxa de erro.
Prioridade, etc.
Objetivo: Garantir qualidade na transmissão e 
recepção de dados.
Alguns parâmetros são dados pelo usuário, 
outros são definidos pela camada.
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Controle de fluxo e de erros
Controle de fluxo: semelhante ao controle feito 
na camada de enlace.
Tem muito mais conexões a serem gerenciadas 
do que a camada de enlace – uso de gerência 
de buffers.
A capacidade de transporte da sub-rede pode 
ser um gargalo, e um meio de contornar é 
usando um controle de fluxo baseado em 
janela deslizante.
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Protocolos de transporte da ISO
Intimamente ligada à camada de rede.
Objetivo básico: Complementar o serviço de 
transmissão de dados, aumentando a 
confiabilidade.
5 tipos de protocolos de transporte: TP0 a TP4.
TP0 a 3 – serviços orientados à conexão.
TP4 – serviços orientados e não-orientados à 
conexão.
3 tipos de rede:
Tipo A: Qualquer perda de dados é erro.
Tipo B: Semelhante ao Tipo A, mais flexível.
Tipo C: Não detecta erros.
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APIs
API = Application Program Interface = Interface 
para Programas de Aplicações.
Alguns tipos:
Servidor de processos e Servidor de Nomes.
Surgido ainda na ARPANet.
Toda solicitação passa pelo servidor de processos.
O servidor de nomes existe para processos que 
precisam existir independentemente do servidor de 
processos.
Berkeley Sockets e Transport Layer Interface.
Surgido com o Unix.
Conceito de socket – o fim de um elo bidirecional de 
comunicação entre dois programas. Na arquitetura 
TCP/IP é a combinação de um endereço de rede, 
um protocolo e uma porta de comunicação.
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